(57)【要約】【課題】停電などの非常停止時に燃料処理装置の保温が不完全となった場合、保温されていた燃料処理装置内で水蒸気の凝縮や触媒劣化を発生させることなく、コンパクトで、且つ安価な燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】パージガス供給ユニット３０に燃料電池発電ユニット２０側の配電系統とは独立した直流電源３８で駆動される電気回路３５を設ける。電気回路３５と燃料電池発電ユニット２０内の制御装置１８との間を渡り配線３６により接続する。システムの非常停止時には、電気回路３５が直流電源３８により駆動してパージガス遮断弁３３を開放して、燃料電池発電ユニット２０内の燃料処理装置３のパージを行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電ユニットと、前記燃料電池発電ユニットの外部に設置されるパージガス供給ユニットとを備え、前記燃料電池発電ユニットには、燃料を水素リッチガスに改質する燃料処理装置と、水素リッチガスが流通する燃料ガス流路と酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路を有する燃料電池本体と、前記燃料電池本体に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池本体に冷却水を供給する冷却水供給装置と、前記燃料電池発電ユニット全体を制御する制御装置を具備し、前記燃料処理装置には当該燃料処理装置内の温度を所定の温度に保つための加熱手段を取り付け、前記パージガス供給ユニットには前記燃料処理装置に対しパージガスを供給するパージガス供給源を設けた燃料電池発電システムにおいて、
前記パージガス供給ユニットには前記燃料電池発電ユニット側の配電系統とは独立した電源で駆動される電気回路を設け、
前記パージガス供給源の出口には前記電気回路により開閉を制御されるパージガス遮断弁を取り付け、
前記電気回路と前記燃料電池発電ユニット内の制御装置との間を電気配線により接続し、
前記燃料電池発電ユニット内の前記制御装置への電源供給が遮断された場合もしくは前記加熱手段が動作不全となった場合に、前記パージガス供給ユニット内の前記電気回路は独立した電源により駆動して前記パージガス遮断弁を開放するように構成したことを特徴とする燃料電池発電システム。
【請求項２】
前記パージガス供給ユニット内の前記電気回路は、時限動作接点を有し、電源が供給されてから所定の時間が経過した後で、前記パージガス遮断弁を開放するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３】
前記燃料処理装置内の所定部位の温度を検出する温度検出手段を設け、
前記パージガス供給ユニット内の前記電気回路は、電源が供給され、且つ前記温度検出手段が一定閾値以下の温度を検出した場合に、前記パージガス遮断弁を開放するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電システム。
【請求項４】
前記パージガス供給ユニット内の前記電気回路は、時限復帰接点を有し、前記パージガス遮断弁が開いてから一定時間後に前記パージガス遮断弁を閉止するように構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池発電システムに係り、特に、非常停止時に保温不全となった燃料処理装置のパージを行って劣化防止を図った燃料電池発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池発電システムは、燃料処理装置で生成した水素を、燃料電池本体において直接電気エネルギーに変換する発電装置である。燃料電池発電システムは、化学反応による発電であるため、発電効率が高く、しかも汚染物質の排出および騒音が少ない。また、燃料電池発電システムでは電気エネルギーだけではなく、熱エネルギーも取り出すことが可能である。したがって、環境性に優れたコジェネレーション発電システムとして高く評価されている。
【０００３】
このような燃料電池発電システムの起動、停止に際して重要なことは、安全性を確保することと、発電特性の低下を防ぐことにある。システムの停止時に、系統内に可燃性ガスや凝縮水が残っていると、燃料電池本体や燃料処理装置内の触媒層を劣化させることが知られている。そのため、システムの停止時には可燃性ガスや凝縮水を系統から確実に除去する必要がある。
【０００４】
中でも、家庭でのコジェネレーション発電を目指した１ｋＷ級などの燃料電池発電システムを運転する場合には、省エネ性を考慮し、家庭での電気需要や熱需要に応じて燃料電池発電システムを起動、停止させている。したがって、家庭用燃料電池発電システムでは、停止と再起動の頻度が高くなりがちである。このため、システム停止時の可燃性ガスや凝縮水の除去に関しては、高い確実性が求められている。
【０００５】
燃料電池発電システムの停止時に燃料処理装置をパージする方法としては、水蒸気を用いて燃料処理装置から可燃性ガスを排出するのが一般的である。可燃性ガスを排出させた後は、燃料処置装置が冷えるのを待ち、燃料処理装置の触媒層が都市ガスやＬＰガスによって劣化しない温度にまで冷却した時点で、燃料処理装置の出口バルブを締め切りにしている。
【０００６】
温度低下に伴い、燃料処理装置内の水蒸気は凝縮するので、燃料処理装置の特性に影響を与えない位置で水蒸気を凝縮させる構成としている。また、凝縮による燃料処理装置内の体積減少分に関しては、都市ガスやＬＰガスを保圧ガスとして燃料処理装置に供給することで、徐々に置換していく。なお、保圧ガスとして利用する都市ガスやＬＰガスは、これらのガスを燃料ガスとして用いているシステムでは、燃料ガスの供給源から取り込むことが可能である。
【０００７】
ただし最近では、燃料電池発電システムに用いる燃料として、都市ガスなどの気体燃料ではなく、運搬や貯蔵に適した灯油などの液体燃料を適用することが検討されている。このような液体燃料を用いた燃料電池発電システムにおいて、燃料処理装置の保圧ガスとして都市ガスやＬＰガスを利用する場合には、パージ専用のユーティリティ装置が必要となる。
【０００８】
既に述べたように、凝縮水は燃料処理装置の特性に影響を与えない位置に集めるように構成しているが、凝縮水は燃料処理装置の触媒層に影響を与えるので、凝縮水の発生自体を防ぐ方がより望ましい。特に、燃料電池発電システムの停止期間が長くなれば、燃料処理装置は十分に冷えるため、触媒層に悪影響を及ぼすほどの凝縮水が発生する可能性が高くなる。そこで、システムの停止時には燃料処理装置を加熱し、燃料処理装置内での凝縮水の発生防止を図った技術が提案されている。
【０００９】
水蒸気改質反応など吸熱反応を行う燃料処理装置には通常、バーナが組み込まれているため、このバーナをシステム停止時にも動作させて燃料処理装置を加熱する従来例が知られている。また、燃料処理装置内を所定の温度で保温する電気ヒータを具備した燃料電池発電システムも提案されている（例えば特許文献１）。
【００１０】
しかし、燃料電池発電システムでは、配電系統が停電すれば、電気ヒータは停止するし、バーナに燃料を送り込む燃料供給装置なども停止するので、燃料が欠乏して結局はバーナも停止する。すなわち、停電といった非常停止時には、燃料処理装置内を保温することができず、燃料処理装置内に凝縮水が発生するおそれがあった。
【００１１】
また、家庭用の燃料電池発電システムでは、点検などのために、いったん家庭に設置したシステムを取り外して搬送することが想定される。この場合も、搬送途中に燃料処理装置が冷えて、燃料処理装置内部で凝縮水が発生する可能性がある。
【００１２】
これらの事例に対応するため、通常のシステム停止以外の非常停止時には、不活性ガスを用いて燃料処理装置をパージする従来例が多く見られる。これは、発電運転から停止した直後は、加熱されていた燃料処理装置の温度が十分に高いので、炭化水素系ガスによるパージでは高温触媒層にカーボンが発生してしまうからである。
【００１３】
例えば、特許文献２の技術では、停電などの非常停止時には、電力を使うことなく機械的に不活性ガスを燃料処理装置に供給し、可燃性ガスのパージを実施して、凝縮水の発生を防いでいる。また、特許文献２の技術では、通常のシステム停止時には空気を用いたパージを採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００５−２１６６１５号公報
【特許文献２】特開２００３−１００３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記特許文献２のように、非常停止時のパージに不活性ガスを利用した場合、触媒温度が高くても触媒劣化が起きる心配はない。しかしながら、液化貯蔵が容易な炭化水素系ガスをパージガスとして利用する場合に比べて、大型化のガス貯蔵タンクを準備しなくてはならず、コンパクト化を阻害していた。この点は燃料電池発電システムを家庭用に適用する場合に不利であった。
【００１６】
また、特許文献２は、通常のシステム停止時には空気パージを実施するが、燃料処理装置の触媒が高温で空気に曝されると、劣化する傾向にある。特に、一酸化炭素変成器に使用される銅系触媒は、空気による劣化が顕著である。そこで、特許文献２では、一酸化炭素変成器の触媒に、テニウム、ロジウムもしくはパラジウムを含有する触媒を使用することで、空気による触媒劣化を抑制している。しかし、これらの触媒材料は非常に高価であり、コスト上、望ましくなく、経済性の改善が望まれていた。
【００１７】
本発明は、以上の問題点を解消するために提案されたものであり、その目的は、システム停止時に燃料処理装置を保温して凝縮水の発生を防ぐ燃料電池発電システムにおいて、停電などの非常停止時に燃料処理装置の保温が不完全となった場合でも燃料処理装置内で水蒸気の凝縮や触媒劣化を発生させることなく、コンパクトで、且つ安価な燃料電池発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池発電ユニットと、前記燃料電池発電ユニットの外部に設置されるパージガス供給ユニットとを備え、前記燃料電池発電ユニットには、燃料を水素リッチガスに改質する燃料処理装置と、水素リッチガスが流通する燃料ガス流路と酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流路を有する燃料電池本体と、前記燃料電池本体に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池本体に冷却水を供給する冷却水供給装置と、前記燃料電池発電ユニット全体を制御する制御装置を具備し、前記燃料処理装置には当該燃料処理装置内の温度を所定の温度に保つための加熱手段を取り付け、前記パージガス供給ユニットには前記燃料処理装置に対しパージガスを供給するパージガス供給源を設けた燃料電池発電システムにおいて、前記パージガス供給ユニットには前記燃料電池発電ユニット側の配電系統とは独立した電源で駆動される電気回路を設け、前記パージガス供給源の出口には前記電気回路により開閉を制御されるパージガス遮断弁を取り付け、前記電気回路と前記燃料電池発電ユニット内の制御装置との間を電気配線により接続し、前記燃料電池発電ユニット内の前記制御装置への電源供給が遮断された場合もしくは前記加熱手段が動作不全となった場合に、前記パージガス供給ユニット内の前記電気回路は独立した電源により駆動して前記パージガス遮断弁を開放するように構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池発電システムによれば、停電などの非常停止時に燃料処理装置の保温が不完全となり凝縮水が発生するおそれがある場合に、適切なタイミングで燃料処理装置のパージを実施することにより、燃料処理装置内で水蒸気の凝縮や触媒劣化を確実に防止することができ、しかも、使用するパージガスとして液化貯蔵が容易な炭化水素系ガスを利用可能であって、コンパクト化および低コスト化を進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の構成図。
【図２】第１の実施形態における回路構成図。
【図３】本発明に係る第２の実施形態の回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（１）第１の実施形態
［全体構成］
以下、本発明に係る第１の実施形態について、図１、図２を参照して具体的に説明する。なお、図１中の矢印は、燃料ガスや酸化剤ガス、パージガスあるいは冷却水といった流体の流れを示すものである。
【００２２】
図１の構成図に示すように、第１の実施形態には、燃料電池発電ユニット２０と、パージガス供給ユニット３０が具備されている。第１の実施形態の特徴は、パージガス供給ユニット３０内に、燃料電池発電ユニット２０の配電系統とは別系統で電源供給される電気回路３５を設け、停電などを原因として燃料電池発電ユニット２０内の燃料処理装置３が所定の温度よりも低下する可能性があれば、前記電気回路３５が駆動を開始して、パージガス供給ユニット３０が動作する点にある。
【００２３】
［燃料電池発電ユニット２０］
次に、燃料電池発電ユニット２０の構成について説明する。燃料電池発電ユニット２０は、アノード極４ａ、カソード極４ｂ及び冷却板４ｃを有する燃料電池本体４と、アノード極４ａに燃料ガスを供給する燃料処理装置３と、空気フィルタ８を介してカソード極４ｂに空気を供給する空気ブロワ９と、燃料電池本体４の冷却板４ｃに冷却水を循環させて熱エネルギーを回収する熱回収系と、燃料電池発電ユニット２０全体を制御する制御装置１８とから構成されている。
【００２４】
［燃料処理装置３］
このうち、燃料処理装置３には、改質器３ａ、一酸化炭素変成器３ｂ、一酸化炭素除去器３ｃ、バーナ燃焼室３ｄが設置されている。改質器３ａは原燃料を導入してこれを改質することで水素リッチガスを生成する部分である。
【００２５】
代表的な改質方式である水蒸気改質では、図示されないラインで供給された水蒸気を原燃料に混合し、５００〜７００℃にまで加熱された触媒層を通過させることにより、水素を主成分として水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素を含む水素リッチガスを生成する。
【００２６】
一般に水蒸気改質反応は吸熱反応なので、温度と反応を維持するために外部から加熱する必要がある。したがって、バーナ燃焼室３ｄにて燃焼熱を獲得し、これを改質器３ａに伝えて改質器３ａでの改質反応を維持している。バーナ燃焼室３ｄでは、バーナ燃料供給装置２から原燃料を、バーナ空気供給ブロワ７から空気を、燃料電池本体出口遮断弁６を開けてアノード極４ａからアノード出口ガスを、それぞれ取り入れて混合し、原燃料を燃焼させることにより、改質器３ａに与える燃焼熱を確保している。
【００２７】
改質器３ａから出た水素リッチガスには多量の一酸化炭素が含まれている。一酸化炭素は、燃料電池本体４のアノード極４ａにおいて、発電電圧を低下させる要因となるので、一酸化炭素変成器３ｂにおけるシフト反応及び一酸化炭素除去器３ｃにおける一酸化炭素選択酸化反応によって、１０ｐｐｍ以下にまで低減させることが通例である。
【００２８】
以上のようにして燃料処理装置３から導出された水素リッチガスは、燃料処理装置出口遮断弁５を通って燃料電池本体４のアノード極４ａに導入される。なお、バーナ燃焼室３ｄから排出される燃焼排ガス１５（矢印により図示）は、燃焼排ガス流路１６に沿って燃料処理装置３から排出される。燃焼排ガス１５の熱は改質器３ａ、一酸化炭素変成器３ｂおよび一酸化炭素除去器３ｃに伝えられている。なお、このような構成に限らず、これら反応器３ａ〜３ｃのいずれかに熱を伝えることなく、燃焼排ガス１５を排出する構成もありうる。
【００２９】
［燃料電池本体４］
燃料電池本体４には、燃料処理装置３からの水素リッチガスが流通する燃料ガス流路と、空気ブロワ９からの空気が流通する酸化剤ガス流路が形成されている。
【００３０】
燃料電池本体４では、アノード極４ａに導入された水素リッチガス中の水素と、カソード極４ｂに導入された空気中の酸素との間で電気化学反応が発生することにより直流起電力が発生する。燃料電池発電ユニット２０は、この直流起電力を用いて発電を行う発電装置であるが、発電の方法については本発明の範囲ではないので、ここでは説明を省略する。
【００３１】
なお、アノード極４ａでは、水素リッチガス中の水素を５割から８割程度、消費するので、アノード極４ａから出たガス中には水素などの可燃性ガスが含まれている。そこで、アノード極４ａから排出されたアノード出口ガスは、前述したようにバーナ燃焼室３ｄに送られ、空気や補助の燃料と混合されて改質器３ａの加熱に使用されることになる。
【００３２】
［熱回収系］
燃料電池本体４から熱エネルギーを回収する熱回収系は、凝縮器１０、貯湯槽１１、排熱回収水ポンプ１２、熱交換器１３から構成される。凝縮器１０には、燃料電池本体４のカソード極４ｂからの排ガスや、燃料処理装置３からの燃焼排ガス１５（図１のＡ参照）が取り入れられ、温度低下に伴い凝縮水が生成される。生成された凝縮水は、凝縮器１０内部に溜まり、冷却水として燃料電池本体４の冷却板４ｃへと送り出される。
【００３３】
燃料電池本体４の冷却板４ｃを通過した冷却水は、燃料電池本体４から熱を奪って熱交換器１３に入り、熱エネルギーが取り出される。熱交換器１３にて得られた熱は、貯湯槽１１に貯められる温水の加熱源となる。また、貯湯槽１１内の温水は、排熱回収水ライン１４により排熱回収水ポンプ１２、凝縮器１０および熱交換器１３を循環するようになっている。
【００３４】
［パージガス供給ユニット３０］
次に、パージガス供給ユニット３０の構成について説明する。パージガス供給ユニット３０は燃料電池発電ユニット２０の外部に配置されている。パージガス供給ユニット３０はその内部に、パージガス供給源３１と、減圧弁３２と、パージガス遮断弁３３と、電気回路３５が設置されている。また、パージガス供給ユニット３０の外面部には、表示部３７が取り付けられている。このようなパージガス供給ユニット３０はパージガス流路３４により燃料電池発電ユニット２０側と接続されている。
【００３５】
［パージガス供給源３１および弁３２、３３］
パージガス供給源３１としては、窒素、アルゴンなど不活性ガスの加圧ボンベのほか、プロパン、ブタンなどの液化石油ガスボンベが挙げられるが、これに限定されない。パージガス供給源３１の出口には、パージガスの供給圧力を調整するための減圧弁３２が設置され、減圧弁３２の下流にはパージガス遮断弁３３が設置されている。
【００３６】
パージガス遮断弁３３は、電気回路３５に電気的に接続され、電気回路３５によって開閉が制御される。パージガス遮断弁３３が開くと、パージガス供給源３１内のパージガスが、パージガス流路３４を通じて燃料電池発電ユニット３０側の改質器３ａ入口に流入するようになっている。
【００３７】
［電気回路３５］
電気回路３５は、燃料電池発電ユニット２０側の配電系統とは独立した直流電源３８（後述の図２に図示）で駆動され、燃料電池発電ユニット２０側の制御装置１８との間が渡り配線３６にて接続されている。
【００３８】
また、電気回路３５には表示部３７が電気的に接続されている（図１では電気的な接続を点線にて示す）。表示部３７は電気回路３５が通電されたことを示す部分である。表示の例としては電球やＬＥＤなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３９】
［回路構成］
図２は、第１の実施形態におけるパージガス供給ユニット３０内の電気回路３５および制御装置１８の回路構成を示している。電気回路３５内には直流電源３８が設けられており、渡り配線３６を通じて制御装置１８上の接点１９に接続されている。直流電源３８としては、配電系統から独立した乾電池等の一次電池や、配電系統に接続された充電回路と共に設けられた蓄電池などが用いられる。ここで、蓄電池は停電に伴う電源喪失や電源系統の所定の不適合が発生した場合には、配電系統から独立して電気回路３３に電源供給可能としているものである。ただし、電気回路３５は直流電源３８で駆動されるものに限らず、配電系統から独立さえしていれば、交流電源であっても構わない。
【００４０】
制御装置１８上の接点１９は、停電に伴う制御装置１８の電源喪失もしくは所定の不適合が発生した場合にメークするようになっている。ここでいう所定の不適合には、燃料欠乏や電気的故障によるバーナ燃料供給装置２やバーナ空気供給ブロワ７の不動作といった事例などが含まれる。
【００４１】
接点１９には渡り配線３６を通じてリレー３９が接続されている。このような接点１９がメークすると、パージガス遮断弁３３およびタイムスイッチ４０への回路が通電されるようになっている。タイムスイッチ４０はパージガス遮断弁３３に直列に接続されており、限時動作限時復帰接点から構成されている。さらに、接点１９には表示部３７が配線されている。
【００４２】
［通常のシステム停止時の動作］
以上の構成を有する第１の実施形態において、通常のシステム停止を行った場合について説明する。システムの停止直後は、燃料処理装置３内は高温となっている。このため、燃料処理装置３内に可燃性ガスが滞留していると、燃料処理装置３を構成する触媒がコーキングする可能性がある。
【００４３】
そこで、水蒸気を用いて可燃性ガスをパージする。水蒸気により燃料処理装置３内をパージした後は、燃料処理装置入口遮断弁１および燃料処理装置出口遮断弁５を閉じて、燃料処理装置３内を蒸気雰囲気とし、燃料処理装置３内に空気が混入しないようにする。
【００４４】
このとき、燃料処理装置３内の温度低下による水蒸気の凝縮を防止するために、燃料処理装置３内の温度をある一定値以上に保つ必要がある。そこで本実施形態では、バーナ空気供給ブロワ７およびバーナ燃料供給装置２を動作させ、バーナ燃焼室３ｄに原燃料と空気を導入することで原燃料を燃焼させている。
【００４５】
この燃焼により得た燃焼排ガス１５を燃焼排ガス流路１６に通過させることで、燃焼排ガス１５の熱にて、改質器３ａ、一酸化炭素変成器３ｂおよび一酸化炭素除去器３ｃを加熱している。これにより、燃料処理装置３内の温度を一定値以上に維持している。なお、燃料処理装置３内を保温する方法は、以上の構成に限定されず、電気ヒータで改質器３ａ、一酸化炭素変成器３ｂおよび一酸化炭素除去器３ｃを保温する方法もある。
【００４６】
［非常停止時の動作］
第１の実施形態の運転中に停電や制御装置１８の故障が発生した場合、あるいは通常のシステム停止の期間中に燃料欠乏や電気的故障などが起きた場合、バーナ燃料供給装置２やバーナ空気供給ブロワ７などが動作しなくなり、加熱手段による保温が効かなくなる。その結果、燃料処理装置３の温度を保つことができなくなり、そのままでは燃料処理装置３は室温まで冷却され、燃料処理装置３内部に凝縮水が発生するおそれがある。
【００４７】
そこで、本実施形態では、以下のような非常停止時の動作を実施している。この場合の動作が本実施形態の作用効果を導くものである。すなわち、制御装置１８上に設けた接点１９は、制御装置１８の通電時は開いているが、停電時及び制御装置１８の故障、あるいはバーナ燃焼室３ｄやバーナ空気供給ブロワ７などの加熱手段（保温手段である電気ヒータも含めて）が動作不全に陥った場合に、接点１９がメークする。
【００４８】
また、パージガス供給ユニット３０の電気回路３５内には配電系統とは独立した直流電源３８を配しているが、接点１９がメークしたことで、表示部３７とリレー３９に通電され、不適合を知らせる表示部３７が点灯する。これと同時にパージガス遮断弁３３およびタイムスイッチ４０への回路が開く。
【００４９】
タイムスイッチ４０は限時動作限時復帰接点なので、リレー３９により回路が開いてから所定時間経過後にパージガス遮断弁３３が通電して開放される。したがって、パージガス供給源３１内のパージガスがパージガス流路３４を通じて燃料電池発電ユニット３０側の改質器３ａ入口に流入する。
【００５０】
また、タイムスイッチ４０は限時動作限時復帰接点であるため、所定時間経過後にパージガス遮断弁３３への通電が停止する。発電運転など燃料処理装置３に燃料と水蒸気が供給された状態でシステムが停電した場合を想定すると、触媒上へのカーボン生成を防ぐ観点から、残存する燃料を残存する水蒸気と残熱で改質することが望ましい。したがって、前記したように、接点１９がメークした後、所定時間経過してから、パージガス供給源３１から燃料電池発電ユニット３０側にパージガスを流入させることが有効である。
【００５１】
また、本実施形態では、タイムスイッチ４０が限時復帰するので、所定時間後に再度パージガス遮断弁３３への電源供給が遮断され、パージガスは停止する。このため、所定量のパージガスを流した後、パージガス供給を確実に停止させることができ、経済的である。
【００５２】
［作用効果］
以上述べた第１の実施形態によれば、システム停止時に燃料処理装置３を一定温度以上に保温する燃料電池発電システムにおいて、停電など非常停止時に保温が不可能な状態となると、制御装置１８の接点１９がメークすることで、直流電源３８により電気回路３５が駆動する。このとき、表示部３７が点灯して、ユーザーに不適合を知らせることができる。
【００５３】
パージガス供給ユニット３０では、電気回路３５が駆動したことで、適切なタイミングでパージガス遮断弁３３が開閉し、パージガス供給ユニット３０による燃料処理装置３のパージを制御することができる。したがって、燃料処理装置３内の凝縮水の発生および触媒劣化を確実に防止でき、燃料改質装置３の長寿命化が実現する。これにより、燃料電池発電システムの長寿命化と信頼性向上を達成できる。
【００５４】
しかも、電気回路３５に限時動作限時復帰接点であるタイムスイッチ４０を組み込み、燃料処理装置３の触媒温度をある程度下げてから、パージガスを燃料処理装置３に流入させるので、コーキングの発生を回避することができ、不活性ガス以外のパージガスの使用が可能となる。このため、パージガス供給源３１としては、プロパン、ブタンなどの液化石油ガスボンベを用いることができ、システム構成のコンパクト化に寄与することができる。したがって、家庭用の燃料電池発電システムとして好適である。
【００５５】
（２）第２の実施形態
［構成］
本発明に係る第２の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は第２の実施形態の回路構成例を示す。なお、第２の実施形態の基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態と同様である。
【００５６】
第２の実施形態の構成上の特徴は、温度スイッチ４１を電気回路３５に設けた点と、この温度スイッチ４１に接続される温度検出手段４２、４３を、燃料処理装置３側に設けた点にある。温度スイッチ４１は制御装置１８上の接点１９がメークすると通電するようになっている。
【００５７】
温度検出手段４２は、一酸化炭素変成器３ｂに取り付けられ、変成器３ｂの温度を検出するように構成されている。また、温度検出手段４３は、一酸化炭素除去器３ｃに取り付けられ、除去器３ｃの温度を検出するように構成されている。
【００５８】
なお、温度検出手段４２、４３はいずれも、制御装置１８へは接続されていない。一酸化炭素変成器３ｂの温度検出手段４２及び一酸化炭素除去器３ｃの温度検出手段４３は、サーミスタとして図示されているが、熱電対など別の手段で、反応器３ｂ、３ｃの温度を検出してもよい。
【００５９】
温度検出手段４２、４３のいずれか一方、あるいは両方が、所定温度以下の温度を検出した場合に、温度スイッチ４１がメークするようになっている。温度スイッチ４１がメークするとき、パージガス遮断弁３３及びそれに直列に接続されたタイムスイッチ４０ａへの回路が開くようになっている。
【００６０】
［作用効果］
上記のような構成を有する第２の実施形態では、一酸化炭素変成器３ｂ及び一酸化炭素除去器３ｃの温度を温度検出手段４２、４３が計測し、計測した温度に基づき、凝縮が発生しない条件で、燃料処理装置３のパージを行うことができる。
【００６１】
すなわち、燃料処理装置３の温度が高い場合、パージガスとしては窒素、アルゴンなど不活性ガスが適切だが、燃料処理装置３の温度が充分低く、触媒でのカーボン発生の可能性がなければブタン、プロパンなど炭化水素系ガスをパージガスとして使用することができる。
【００６２】
システムの発電状態と、システム停止時の保温状態では、燃料処理装置３の温度は大きく異なる。そのため、上記第１の実施形態のように、時限でパージ開始時間を決めるとなると、通常の停止保温状態で停電など非常停止した場合には凝縮を防ぐ観点で時限を決めるので、早期にパージする可能性がある。また、発電状態で停電など非常停止した場合には、停止燃料処理装置３の触媒温度は、先の保温状態よりも十分に高いので、パージガスとして炭化水素系ガスを使用すると、カーボンが発生する可能性が否めない。
【００６３】
これに対して、第２の実施形態では、一酸化炭素変成器３ｂ及び一酸化炭素除去器３ｃの温度に基づいて、燃料処理装置３のパージを実施するので、パージを適切なタイミングで実施することができる。したがって、パージガスの使用量を最適化することができる。また、触媒劣化を防ぐべく高価な触媒材料を使用するといったことも不要となり、経済的なメリットは大きい。
【００６４】
しかも、温度検出手段４２、４３の計測により燃料処理装置３の温度を把握することで、炭化水素系ガスだけをパージガスとして利用することや、さらには乾燥空気を利用することも可能となる。炭化水素系ガスは液化貯蔵が容易なので不活性ガスのタンクを準備する場合と比較して、パージガス供給源３１のサイズを小さくすることができる。また、乾燥空気を利用する場合も、パージガス供給ユニット３０のコンパクト化を進めることが可能である。
【００６５】
なお、前記第２の実施形態では、一酸化炭素変成器３ｂ及び一酸化炭素除去器３ｃの温度に基づいて燃料処理装置３のパージを実施する構成としたが、改質器３ａの温度を検出する温度検出手段を追加して、改質器３ａ、一酸化炭素変成器３ｂ及び一酸化炭素除去器３ｃの温度に基づいて燃料処理装置３のパージを実施する構成としても良いものである。
【符号の説明】
【００６６】
１…燃料処理装置入口遮断弁
２…バーナ燃料供給装置
３…燃料処理装置
３ａ…改質器
３ｂ…一酸化炭素変成器
３ｃ…一酸化炭素除去器
３ｄ…バーナ燃焼室
４…燃料電池本体
４ａ…アノード極
４ｂ…カソード極
４ｃ…冷却板
５…燃料処理装置出口遮断弁
６…燃料電池本体出口遮断弁
７…バーナ空気供給ブロワ
８…空気フィルタ
９…空気ブロワ
１０…凝縮器
１１…貯湯槽
１２…排熱回収水ポンプ
１３…熱交換器
１４…排熱回収水ライン
１５…燃焼排ガス
１６…燃焼排ガス流路
１８…制御装置
１９…接点
２０…燃料電池発電ユニット
３０…パージガス供給ユニット
３１…パージガス供給源
３２…パージガス減圧弁
３３…パージガス遮断弁
３４…パージガス流路
３５…パージガス供給ユニット電気回路
３６…渡り配線
３７…表示部
３８…直流電源
３９…リレー
４０、４０ａ…タイムスイッチ(限時動作限時復帰接点)
４１…温度スイッチ
４２、４３…温度検出手段
【図１】
2010282845.tif 000003
【図２】
2010282845.tif 000004
【図３】
2010282845.tif 000005